二维街谷热力动力场数值模拟

采用改进的ARPS动力模式模拟城市街谷流场,应用动力和能量平衡耦合模式模拟街谷温度场日变化过程。该动力模式能够模拟建筑物周围典型流场,包括街谷涡旋及背风区尾流涡旋等。耦合模式能够模拟街谷各接收面能量收支及温度场日变化过程。计算实例表明,上述模式系统可用于城市街谷和建筑群风环境和热力环境的研究,也可用于对街谷中空气污染物传输和扩散的计算。     

架空建筑街谷内流动与污染物扩散的数值模拟研究

研究架空建筑设计对街道峡谷内气流流动和污染物扩散规律的影响。考虑了4种不同街谷高宽比(H/W)和3种架空建筑类型,利用经风洞实验验证的CFD数值模型对上述街谷内流动与污染物扩散规律进行模拟研究。结果表明,在无架空街谷中,H/W的增大不利于街谷内污染物扩散。与无架空街谷相比,架空结构显著改善了街谷内的空气质量。两侧建筑架空结构比单侧建筑架空结构更有利于街谷内污染物扩散,上游建筑架空结构对街谷内污染物的稀释作用优于下游建筑架空结构。当两侧建筑架空时,街谷内污染物可降低90%以上。架空结构显著增强了街谷近地面的气流流速,改善了街谷内的空气质量。     

商业街区可吸入颗粒物空间分布及其气象要素的相关性

目的研究沈阳市太原街商业街区可吸入颗粒物与湿度、风速等主要气象要素的相关性及其在不同水平截面和垂直断面处的分布规律.方法以太原街多时相监测数据为基础,采用SPSS Statistics分析了街区可吸入颗粒物平均质量浓度与湿度、风速等气象要素的相关性,采用Fluent软件,模拟街区内不同水平截面与不同街道断面的流场与颗粒物浓度场.结果商业街区可吸入颗粒物质量浓度变化在一定阈值范围内与湿度正相关与风速负相关.街道两侧建筑由于高度、形态与密度差异,形成了不同特性的街谷局部流场,对可吸入颗粒物扩散效果具有较大影响.结论在建筑容积率一定的情况下,通过调整裙房的屋顶形态及其与高层建筑的组合关系,能够改善可吸入颗粒物的扩散效果.     

广州典型小区微气候特征观测与数值模拟研究

根据广州下垫面类型和湿热气候特征,选取广州大学城一个小区为试验基地,在典型的晴朗天气条件下,通过实地观测和微尺度数值模式ENVI-met,探讨该地区的微气候特征。数值模式能较好地模拟温度、湿度及流场的空间分布和时间变化特征,结果显示:1模拟区域内不同的下垫面存在高温低湿、低温高湿的现象;2毗邻两栋建筑之间可形成狭管流效应,风速值约为来流风速的1.4~1.7倍;3单体方形建筑物两侧出现角隅大风,阵风风速可达平均风速的2~3倍;4街谷型建筑之间有微弱的街谷涡旋形成,其强度与街谷的几何配置和来流风向有关。     

关于三维长街谷空气交换能力的讨论

利用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术模拟分析了来流风速、地面粗糙高度、建筑布局及缺口宽度对6种典型布局三维长街谷内外流场的影响,并引入整体换气次数nt和局部换气次数np的概念,评估了街谷的换气能力.研究结果表明:在自模区范围内nt与来流风速大小线性相关;粗糙高度对nt的影响是有限的;建筑布局能够明显改变街谷气流组织结构和换气能力,尤其是上风侧缺口的数量、宽度及缺口之间的相对位置.     

城市高架桥街谷空气环境和污染物扩散的数值模拟

采用Fluent 6.3数值模拟,研究含高架桥的十字路口在不同风向条件下,街谷内空气流场和污染物浓度场特征.模拟结果表明:当来流风向平行于高架桥主干道方向时,来流在高架桥上引桥下方收缩形成低风速涡旋,造成高浓度CO淤积,随着高架桥水平路段的延伸,高架桥下方CO浓度逐渐降低,而高架桥上方行人呼吸高度处CO始终保持极高浓度;当来流风向垂直于高架桥主干道方向时,高架桥改变了污染物的爬墙效应,其下方主干道迎风面和背风面CO不易扩散,保持较高浓度;行人应避免长期在高架桥下方、街谷背风面及十字路口拐角处停留,以减轻街谷内污染物对人体造成的伤害;十字路口处引入高架桥会改变污染源的位置、强度,改变来流风的流动特性,从而影响街谷中污染物的扩散.     

地域气候条件下异型建筑室外风环境绿化改进研究

为了研究绿化对异型建筑室外风环境的改进效应,本文采用CFD方法和Realizable K-ε湍流模型,结合乌鲁木齐地区风环境特征,以异型建筑新疆大剧院为例,以城市空间中1.5 m人行高度处风速小于5 m/s为评价指标,依据单棵、一排树木周围流场特性的风洞试验和数值模拟对比,对大剧院周围无绿化和现有绿化方案进行分析,并根据树木周围流场特性及对建筑周围风环境的影响提出更为合理的绿化布局,以此满足室外行人舒适度要求。结果表明：树冠处阻风作用最好,随着距树冠距离的增加,阻风作用逐渐降低;树冠两侧及间隔处有导风作用,使得局部风速增大;留有间隔的一排树木在满足经济条件的同时仍能起到优于单棵的阻风效果,更适合实际使用。异型建筑的凹角及拐角处易生成涡流和局部高风速区,在建筑抗风设计时应予以充分考虑。本研究可为利用树木阻风导风和类似异型建筑的室外风环境绿化改进提供参考。     

城市街谷内流场及污染物的实测分析

目的研究街谷内污染物质量浓度的日间变化规律和空间分布特征,温度和车流量与街谷内污染物质量浓度的关系,以便于分析城市绿化灌木对街谷内大气环境的影响.方法根据沈阳市典型街谷内的实测数据,采用ORIGIN软件分析沈阳市可吸入颗粒物的空间分布特征及其与风速、温度、车流量等要素的相关性.结果实测条件下街谷内的污染物分布受多种因素的影响,污染物质量浓度日变化呈现一定的规律性,峰谷值周期性出现;测量结果表明,在空间上,街谷内颗粒污染物质量浓度的垂直分布具有明显的分层特征,水平方向上则呈现近似对称分布的特点.结论微风条件下,街谷内颗粒污染物质量浓度主要受两个因素的影响:一个是背景质量浓度的变化;另一个是机动车排放物在街谷内的累积.街谷内污染物质量浓度的日间变化规律与背景质量浓度变化相似,与车流量并无直观的相关性.城市街谷内绿化树木对街谷内污染物分布与扩散的影响作用比较复杂.绿化树木对颗粒物有一定的吸附作用,但其也能阻碍污染物向街谷外扩散,从而引起街谷内污染物质量浓度的升高.     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较, 证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。     

树冠空间占用对不同高宽比街道行人热环境的影响

在深浅有别的街谷内部,针对树冠大小差异如何影响行人小气候,并在多大程度上产生影响的问题,本文构建了NE-WS和N-S走向的浅、中、深三种不同AR特征的街道,开展了不同大小的树冠对行人气温影响的数值计算,结果表明：（1）无论街谷深浅,植树总是减弱街谷内部行人高度的平均风速,并引起上午行人气温的小幅升高;但是,植树可降低中午和下午的行人气温;（2）树木对行人小气候的影响程度随着街谷深度的增加而减弱,故,行道树绿化差异所致的深街谷行人小气候差异微乎其微;（3）行道树对行人小气候的调节作用很有限,并受来流方向的影响,平行来流下植树阻风而增强的局地湍流有助于树木发挥冷却降温作用。建议NE-WS和N-S走向的街道,种植带有小空隙率（0.125）的行道树,而不是让树冠形成连续树荫,以获得更好的降温和通风。     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

建筑和绿化对街谷空气污染物扩散的影响

在静风条件下,对上海松江区典型的对称和不对称街谷内CO2和CO的浓度和PM1.0进行了连续实测.引入街谷约束物(建筑或绿化)高度与约束物距机动车道中心距离之比,即高远比(H/D),表征该约束物对街谷空气污染物扩散的阻碍作用.研究结果表明:背景风速低于0.5 m/s时,绿化和建筑对污染物扩散稀释的影响同样重要;污染物浓度的扩散衰减特性与街谷高远比和污染物种类有关;高远比越大,越不利于空气污染物扩散;自街谷机动车道中心到人行道,PM1.0衰减程度大于气态污染物.     

城市三维格局影响下的污染气体扩散效应分析

目的研究城市三维格局对污染气体扩散的影响,揭示空间形态与大气污染物空间分布的关联.方法应用CFD数值模拟技术,选择典型城市商业街区为研究对象,以汽车排放尾气中PM_(10)为污染源,模拟可吸入颗粒物的空间质量浓度分布,以实地监测数据验证精度,揭示了大气污染物在街区空间三维坐标下的扩散规律.结果污染气体的扩散效应与街区三维景观格局有着密切联系:在10 m、30 m、50 m不同高度水平截面中,污染物质量浓度的降低趋势、空间分布的均匀程度受建筑密度影响显著;街谷两侧建筑高度、空间组合以及建筑自身形态决定了街谷内局部流场.结论在城市规划中应该充分考虑三维格局对街区大气污染的影响,从城市通风廊道、开放空间、天际线高度变化及底层灰空间等多个层面,对城市街区的三维景观格局进行优化,能够有效改善严峻的大气污染现状.     

建筑布局对空间舒适性影响的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型对某培训中心建筑群的环境风场和压力场进行数值模拟.结果表明,考虑了季节主导风向的半围合式布局设计,有效地保证了夏季通风和冬季保暖,有利于学员户外运动;建筑物迎、背风面压差随高度变化呈现明显的差异,一些楼层的角隅处需要辅助通风手段改善室内空气品质.结合风速、风压、空气龄等指标分析建筑环境的舒适性,对建筑风环境的改善及建筑节能有一定的参考意义.     

基于格子Boltzmann法的树木流场数值模拟

通过多松弛时间格式的格子Boltzmann法(lattice Boltzmann method,LBM)对树木流场进行数值研究,树木简化为表征元尺度下的多孔介质,为了研究雷诺数Re=10 000下的流场,将大涡模拟结合LBM得到树木周围的流速和风压,并在模型前设置格栅,以此制造扰动并模拟B类场地下的流场。结果表明,树木下游不同位置的平均风速剖面与试验吻合良好;风压从迎风面到背风面显示出明显的变化梯度,而且其最大绝对值主要分布在迎风面和背风面附近; B类地貌下的树木遮蔽区下游风速有所减小,湍流度极大值在树冠顶部附近。     

沈阳某小区室外气流场模拟及室内环境相关性研究

目的研究建筑室外环境与室内环境的相关性,以期通过室外环境的优劣来分析建筑室内环境,使人们有一个较良好的室内生活环境.方法运用数值模拟Fluent软件模拟建筑室外气流场,得出在不同高度处小区风速及风压分布,通过分析不同高度处小区风速和风压的变化来研究建筑小区室外环境.结果建筑室外环境与室内环境有较大关联,建筑室外气流场的不同会直接影响建筑室内环境.结论模拟建筑室外气流场不仅可以评价建筑室外环境,而且对行人的日常出行会有一定的指导作用.     

城市高架街谷交通污染物的扩散研究综述

随着全球城市化进程的不断深入, 城市高架道路密集出现. 这在一定程度上缓解了城市的交通拥堵, 但也带来了一系列交通污染问题. 通过文献调研, 对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析. 首先, 对城市高架街谷的交通污染特征及其建成环境特征进行梳理; 然后, 从空间尺度(水平和垂直)和时间尺度(宏观和微观), 对城市高架街谷交通污染物的时空分布规律进行归纳; 最后, 总结了交通、建成环境以及微气象环境等因素对交通污染物在高架街谷扩散规律的影响. 通过对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析, 以期对未来的相关研究提供参考.     

城市高架街谷交通污染物的扩散研究综述

随着全球城市化进程的不断深入,城市高架道路密集出现.这在一定程度上缓解了城市的交通拥堵,但也带来了一系列交通污染问题.通过文献调研,对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析.首先,对城市高架街谷的交通污染特征及其建成环境特征进行梳理;然后,从空间尺度(水平和垂直)和时间尺度(宏观和微观),对城市高架街谷交通污染物的时空分布规律进行归纳;最后,总结了交通、建成环境以及微气象环境等因素对交通污染物在高架街谷扩散规律的影响.通过对城市高架街谷交通污染物的扩散规律进行分析,以期对未来的相关研究提供参考.     

城市街谷大气环境研究进展

机动车尾气排放不断增加以及城市通风能力降低,常导致城市街谷内的空气污染。城市街谷大气环境主要研究方法包括外场观测、实验室物理模拟和数值计算。外场观测和物理模拟可以考察街谷内污染物的传输扩散规律并对数值模式进行检验,另外,复杂的数值模式则可对城市冠层内大气扩散问题进行详细模拟,数值模拟和外场观测及物理模拟相配合,可用于环境质量评价、污染控制决策及交通规划。重点介绍了近十年内城市街谷大气环境研究的主要成果。